Voir ou revoir grâce aux ultrasons, c'est le concept de cette thérapie dite « sonogénétique » qui consiste à exciter à distance par ultrasons et de façon sélective, certains neurones modifiés génétiquement. Cette nouvelle interface cerveau-machine représente une innovation majeure et offrirait une approche thérapeutique non invasive pour traiter nombres de maladies oculaires. Testée chez l'animal, elle devrait l'être prochainement sur un humain.
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Restaurer la vision grâce à une thérapie associant génétique et ultrasonsultrasons ? Tel est l'objectif poursuivi par une équipe internationale dirigée par les directeurs de recherche Inserm Mickael Tanter et Serge Picaud, associant respectivement le laboratoire PhysiquePhysique pour la médecine (ESPCI Paris/PSL Université/Inserm/CNRS) et l'Institut de la vision (Sorbonne Université/Inserm/CNRS) à Paris en partenariat avec l'Institut d'ophtalmologie moléculaire et clinique de Bâle.
Dans une nouvelle étude publiée dans Nature Nanotechnology, les chercheurs ont apporté la preuve de concept de cette thérapie dite « sonogénétique » chez l'animal. Celle-ci consiste à modifier génétiquement certains neurones afin de pouvoir les activer à distance par des ultrasons.
Les résultats montrent que, lorsqu'elle est utilisée sur les neurones de rongeursrongeurs, la sonogénétique permet d'induire une réponse comportementale associée à une perception lumineuse. Cette découverte permet d'envisager à plus long terme une applicationapplication chez les personnes aveugles atteintes d'atrophie du nerf optique.
Rétablir la connexion entre les yeux et le cerveau
La thérapie sonogénétique consiste à modifier génétiquement certains neurones afin de pouvoir les activer à distance par des ultrasons. Cette technologie avait préalablement été testée en culture et les premiers tests in vivoin vivo n'avaient pas permis de prendre conscience de son potentiel thérapeutique lié à sa très haute résolutionrésolution spatiotemporelle. La modification génétique en question consiste à introduire le code génétiquecode génétique d'un canal ioniquecanal ionique mécanosensible dans les cellules. Les neurones qui expriment ce canal peuvent alors être activés à distance par des ultrasons de faible intensité appliqués à la surface du cerveaucerveau sans nécessiter de contact (cf. schéma ci-dessous).
Dans cette étude, les scientifiques ont testé l'efficacité de cette thérapie sonogénétique chez l'animal. L'objectif de cette recherche est d'apporter une solution pour redonner la vue aux patients qui ont perdu la connexion entre leurs yeuxyeux et leur cerveau au cours de pathologiespathologies comme le glaucome, la rétinopathie diabétique, ou les neuropathies optiques héréditaires ou alimentaires.
Leurs résultats indiquent que la stimulationstimulation sonogénétique du cortexcortex visuel permet d'induire une réponse comportementale associée à une perception lumineuse. L'animal apprend un comportement associatif dans lequel il cherche à boire dès qu'il perçoit la lumièrelumière. La stimulation ultrasonore de son cortex visuel induit le même réflexe uniquement si les neurones du cortex expriment le canal mécanosensible. Le comportement de l'animal suggère que la stimulation sonogénétique de son cortex a induit la perception lumineuse à l'origine du réflexe comportemental.
Une technologie innovante sans prothèse ni contact
L'étude a montré que la thérapie fonctionne sur différents types de neurones, qu'ils soient dans la rétinerétine ou dans le cortex visuel des rongeurs, démontrant ainsi le caractère universel de cette approche. En convertissant les images de notre environnement sous forme d'une onde ultrasonore codée pour stimuler directement le cortex visuel, et ce à des cadences de plusieurs dizaines d'images à la seconde, la thérapie sonogénétique apparaît comme un réel espoir pour restaurer la vue des patients ayant perdu la fonction du nerf optique.
“Si les résultats se confirment, cette thérapie pourrait réussir à restaurer la vue des patients de manière stable et en toute sécurité”
Plus généralement, cette approche de stimulation sonogénétique offre une technologie innovante pour interroger le fonctionnement du cerveau. À la différence des prothèsesprothèses ou des stimulateurs neuronaux actuels, son fonctionnement « sans contact » et sélectif d'un type cellulaire représente une innovation majeure par rapport aux dispositifs avec électrodesélectrodes.
« Cette thérapie sonogénétique pour restaurer, à terme, la vision de personnes aveugles illustre la puissance d'un projet pluridisciplinaire et d'une belle aventure humaine entre un biologiste de la rétine comme Serge Picaud, et moi-même, un physicienphysicien des ondes pour la médecine », déclare Mickael Tanter, directeur de recherche Inserm au laboratoire Physique pour la médecine de Paris (ESPCI Paris/PSL Université/Inserm/CNRS).
« Le développement d'un essai cliniqueessai clinique de thérapie sonogénétique demande encore de passer par de nombreuses étapes pour valider son efficacité et sa sécurité. Si les résultats se confirment, cette thérapie pourrait réussir à restaurer la vue des patients de manière stable et en toute sécurité », conclut Serge Picaud, directeur de recherche Inserm et de l'Institut de la vision (Sorbonne Université/Inserm/CNRS).
par INSERM
le 10 avril 2023
